Métodos de reduzir o impacto das descargas de águas
pluviais de zonas urbanas na qualidade da água do meio
recetor
António Carlos Morais Ferreira Pinto de Castro
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Orientador
Prof. António Jorge Silva Guerreiro Monteiro
Júri
Presidente: Prof. Rodrigo de Almada Cardoso Proença de Oliveira
Orientador: Prof. António Jorge Silva Guerreiro Monteiro
Vogais: Profª Filipa Maria Santos Ferreira
Declaração
Declaro que o presente documento é um trabalho original da minha autoria e que cumpre todos os requisitos do Código de Conduta e Boas Práticas da Universidade deLisboa.
Abstract
Despite the urban drainage systems in Portugal being mostly combined or mixed, a transition is starting towards separate drainage systems which can already be seen in the newest urban areas. While in combined systems the first-flush of an urban watershed would be treated by a WWTP, in a separate system, the polluted stormwater will discharge directly to streams or rivers and the urban watershed wash off may contain several contaminants harmful to the water bodies. This pollution consists mainly on total suspended solids, nutrients, bacteria, heavy metals and hydrocarbons. Many countries with separate drainage systems were taken into finding solutions to this stormwater problem. The main objectives of this dissertation are to warn about the lack of stormwater discharge legislation to the water bodies, disclose the management being made on these countries and set forth the main solutions adopted for stormwater management. Therefore, United States of America, New Zealand, Malaysia and United Kingdom legislations and best management practices on the stormwater subject will be presented, as well as sizing procedures and efficiencies against the main pollutants of treatment systems displayed on those documents and application to a case study.
Keywords: Urban drainage, separate systems, Sustainable drainage systems, Water quality design storm.
Resumo
Apesar de os sistemas de drenagem urbana ainda serem maioritariamente unitários ou mistos, existe o começo de uma a transição para sistemas separativos, sendo que as novas zonas urbanas já apresentam este tipo de sistemas de drenagem. Enquanto que num sistema unitário as primeiras lavagens da bacia urbana tenderiam a ser tratadas pela ETAR, num sistema separativo estas descargas são feitas diretamente no meio recetor e a lavagem de bacias urbanas pode conter concentrações de poluentes bastante nocivos para as massas de água onde são feitas as descargas. A poluição das águas pluviais é, normalmente, mais condicionada pela presença de sólidos suspensos totais, nutrientes, bactérias, metais pesados e hidrocarbonetos. Estas descargas pluviais de sistemas separativos levaram muitos países a arranjar sistemas de gestão para águas pluviais. A presente dissertação tem como objetivos principais alertar para a falta de legislação nas descargas de águas pluviais diretamente para o meio recetor, apresentar como é gerido este recurso em diferentes países e divulgar os principais sistemas de tratamento adotados pelos mesmos. Desta forma serão apresentadas as legislações e guias de boas práticas sobre este tema de alguns países como os Estados Unidos da América, Nova Zelândia, Malásia e Reino Unido, tal como metodologias de dimensionamento dos sistemas de tratamento nestes apresentados, a sua eficiência contra os principais poluentes encontrados nas bacias urbanas e a aplicação destes sistemas a um caso de estudo.
Palavras-chave: Drenagem urbana, Sistemas separativos, Sistemas de drenagem sustentáveis, Evento com vista a qualidade das águas pluviais.
Tabela de Conteúdos
1. Introdução ... 1
1.1 Considerações gerais e introdutórias sobre o tema ... 1
1.2 Objetivo da tese ... 3
1.3 Organização do documento ... 3
2. Revisão do Estado da Arte ... 5
2.1 Introdução ... 5
2.2 Legislação e Regulamentos ... 5
2.2.1 Legislação em Portugal ... 5
2.2.2 Legislação nos Estados Unidos da América ... 9
2.2.3 Regulamento das descargas pluviais de Auckland (Nova Zelândia) ... 12
2.2.4 Guia do Reino Unido com vista a sistemas de drenagem sustentáveis ... 15
2.2.5 Guia de gestão de águas pluviais da Malásia ... 22
3. Métodos de estimativa de caudais ... 26
3.1 Método Racional ... 26
3.2 Método do Natural Resources Conservation Service ... 27
3.2.1 Short Cut Method... 30
3.2.2 Small Storm Hydrology Method ... 31
3.3 Norma ATV-A 128E ... 36
3.3.1 Método Simplificado para o dimensionamento de estruturas de armazenamento ... 37
4. Sistemas de Drenagem Sustentáveis ... 44
4.1 Considerações gerais ... 44
4.1.1 Captação das águas pluviais (Rainwater Harvesting)... 47
4.1.2 Telhados verdes (Green Roofs) ... 51
4.1.3 Sistemas de infiltração ... 51
4.1.4 Valas com cobertura vegetal e Tapetes ripários (Swales and Filter strips) ... 53
4.1.5 Bioretenção/Filtros de areia ... 56
4.1.6 Bacias de retenção (Ponds) ... 58
4.1.7 Zonas húmidas construídas (Wetlands) ... 59
5. Aplicação dos métodos construtivos à bacia de Rosetree Estate ... 69 5.1 Tratamento das águas pluviais com vista a qualidade através de valas com cobertura vegetal
70
5.2 Tratamento das águas pluviais com vista a qualidade através de uma bacia de retenção ou zona húmida construída ... 74 6. Conclusão ... 77 7. Referencias Bibliográficas ... 79
Lista de Figuras
Figura 1.1 - Sistema de drenagem superficial em Malmo, Suécia (Digman et al, 2012). ... 2
Figura 2.1 - Ábaco de redução de poluentes para valas com cobertura vegetal (DID, 2012). ... 24
Figura 2.2 - Ábaco de redução de poluentes para bacias de retenção construídas (DID, 2012). ... 25
Figura 2.3 - Ábaco de redução de poluentes para zonas húmidas construídas (DID, 2012). ... 25
Figura 3.1 - Coeficientes de escoamento a usar em zonas urbanas (à esquerda) e zonas rurais (à direita) (DID, 2000). ... 27
Figura 3.2 - Diagrama de estimação do caudal específico (ARC, 1999). ... 30
Figura 3.3 - Exemplo da aplicação do método de Urbonas (Clar et al, 2004). ... 36
Figura 3.4 - Ábacos para a determinação do coeficiente de sedimentação nos coletores (𝑎𝑎) (ATV-A128E, 1992). ... 40
Figura 3.5 - Ábaco para a determinação do volume específico a armazenar (ATV-A128E, 1992). ... 42
Figura 4.1 - Pluviosidade média mensal ao longo do ano em Auckland, Nova Zelândia (retirado de Climate-data.org). ... 45
Figura 4.2 - Pluviosidade média mensal ao longo do ano em Lisboa (retirado de Cimate-data.org). .. 45
Figura 4.3 - Pluviosidade média mensal ao longo do ano nos Açores (retirado de Climate-data.org). 45 Figura 4.4 - Padrão de intensidade normalizada para eventos de 24h na Nova Zelândia (ARC, 1999). ... 46
Figura 4.5 - Padrão de intensidade normalizada para eventos de 24h em Portugal. ... 46
Figura 4.6 - Esquema de captação de água com amortecimento de caudal de ponta (adaptado de ARC, 2003). ... 48
Figura 4.7 - Dimensionamento do armazenamento para amortecimento do caudal de ponta de cheia (ARC, 2003). ... 50
Figura 4.8 - Layout de um típico telhado verde (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 51
Figura 4.9 - Vala com cobertura vegetal de puro transporte (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 53
Figura 4.10 - Vala com cobertura vegetal seca com tubo drenante (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 53
Figura 4.11 - Vala com cobertura vegetal com água permanente (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 54
Figura 4.12 - Tapete ripário (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 54
Figura 4.13 - Sistema de bioretenção (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 57
Figura 4.14 - Bacia de retenção de água permanente (adaptado de Woods Ballard et al, 2015)... 58
Figura 4.15 - Zona húmida construída com variação de profundidade (adaptado de ARC, 2003). ... 60
Figura 5.1 - Planeamento da impermeabilização da bacia de Rosetree Estate (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 69
Figura 5.2 - Esquema de gestão de águas pluviais apresentado em Woods Ballard et al (2015). ... 70
Lista de Quadros
Quadro 2.1 – Comparação entre o tratamento secundário usualmente exigido à ETAR e os Valores Limite de Emissão definidos para águas residuais. ... 8 Quadro 2.2 - Tratamento adicional em casos de descarga para zonas sensíveis (Decreto-Lei n.º 152/97)... 8 Quadro 2.3 - Programa do NPDES. ... 11 Quadro 2.4 - Tipos de atividades presentes no plano apresentado (adaptado de RMA, 1991). ... 13 Quadro 2.5 – Definição da classificação das licenças de descarga de acordo com o “Auckland Council Regional Plan: Air, Land and Water” (ARC, 2012). ... 14 Quadro 2.6 - Requisitos mínimos para controlo da qualidade das descargas pluviais nos meios recetores (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 17 Quadro 2.7 - Índice de risco de poluição das águas pluviais consoante a sua origem (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 18 Quadro 2.8 - Índices de remoção de poluentes para diferentes SuDS (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 19 Quadro 2.9 - Índices de remoção para descargas em aquíferos e características do solo onde ocorre a infiltração (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 19 Quadro 2.10 - Adaptabilidade dos SuDS em sistemas em série (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 20 Quadro 2.11 - Fatores de risco e o seu peso no cálculo do risco total de poluição (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 21 Quadro 2.12 - Enquadramento e consequências do valor do risco total (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). ... 21 Quadro 2.13 - Períodos de retorno para os variados tipos de zonas urbanas consoante o objetivo (adaptado de DID, 2000). ... 23 Quadro 2.14 - Capacidade de remoção de poluentes a garantir antes de descarregar no meio recetor (adaptado de DID, 2000). ... 23 Quadro 3.1 - Perdas iniciais no método do Natural Resources Conservation Service (ARC, 1999). .. 28 Quadro 3.2 - Fator de transporte para o cálculo do tc (ARC, 1999). ... 29
Quadro 3.3 - Coeficientes de escoamento 𝐶 (adaptado de Clar et al ,2004). ... 31 Quadro 3.4 - Fator de redução de escoamento para áreas impermeáveis desconectadas (adaptado de Clar et al ,2004). ... 31 Quadro 3.5 - Coeficientes Ci, Cii e Ciii (adaptado de NRCS, 1986). ... 33
Quadro 3.6 - Fator de ajuste do caudal de ponta caso a bacia apresente lagos ou zonas húmidas construídas (adaptado de NRCS, 1986). ... 33 Quadro 3.7 - Valores base acordados para o dimensionamento na Alemanha (ATV-A128E, 1992)... 38 Quadro 3.8 - Grupo de declive do terreno (ATV-A128E, 1992). ... 39 Quadro 4.1 - Comparação entre os padrões de intensidade normalizada para eventos de 24h de Portugal e Nova Zelândia. ... 47
Quadro 4.2 - Percentagem de água capturada (à esquerda) e percentagem de água fornecida para uso não potável (à direita) para determinação da capacidade de armazenamento (ARC,2003). ... 49 Quadro 4.3 - Critérios de dimensionamento de valas com cobertura vegetal e tapetes ripários (adaptado de ARC, 2003). ... 55 Quadro 4.4 - Coeficiente de Gauckler-Manning-Strickler dado a altura da vegetação e altura do escoamento (adaptado de ARC, 2003). ... 55 Quadro 4.5 - Índices de remoção de poluentes de diferentes sistemas de drenagem sustentáveis (1/2). ... 61 Quadro 4.6 - Índices de remoção de poluentes de diferentes sistemas de drenagem sustentáveis (2/2). ... 61 Quadro 4.7 - Concentração de sólidos suspensos totais nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 63 Quadro 4.8 - Concentração de fósforo total nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 64 Quadro 4.9 - Concentração de nitrogénio total nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 64 Quadro 4.10 - Concentração de chumbo total nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 65 Quadro 4.11 - Concentração de zinco total nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 65 Quadro 4.12 - Concentração de cobre total nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 66 Quadro 4.13 - Concentração de enterococcus nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 67 Quadro 4.14 - Concentração de e. coli nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 67 Quadro 4.15 - Concentração de coliformes fecais nos afluentes e efluentes dos sistemas de drenagem sustentáveis (adaptado de Clary et al, 2017). ... 68 Quadro 5.1 - Caracterização da bacia de Rosetree Estate (adaptado de Woods Ballard et al, 2015). 69 Quadro 5.2 - Precipitações de dimensionamento com vista a qualidade das águas pluviais. ... 71 Quadro 5.3 - Caudal de dimensionamento das valas 1 e 2 com vista à qualidade do escoamento e ao transporte do caudal de 10 anos período de retorno. ... 72 Quadro 5.4 - Caudal de dimensionamento das valas 3, 4 e 5 com vista à qualidade do escoamento e ao transporte do caudal de 10 anos período de retorno. ... 72 Quadro 5.5 - Caudal de dimensionamento da vala 6 com vista à qualidade do escoamento e ao transporte do caudal de 10 anos período de retorno. ... 72 Quadro 5.6 - Caudal de dimensionamento da vala 7 com vista à qualidade do escoamento e ao transporte do caudal de 10 anos período de retorno. ... 73 Quadro 5.7 - Dimensionamento das valas com cobertura vegetal para tratamento das águas pluviais. ... 73
Quadro 5.8 - Dimensionamento para o transporte do caudal de ponta com período de retorno de 10 anos. ... 74 Quadro 5.9 - Área das valas com cobertura vegetal e comparação com a bacia hidrográfica. ... 74 Quadro 5.10 - Volumes correspondentes aos eventos com vista a qualidade das águas pluviais e “extended detention”. ... 75 Quadro 5.11 - Resultados do dimensionamento de partes da bacia de retenção. ... 75 Quadro 5.12 - Relação altura-armazenamento da bacia de retenção. ... 75 Quadro 5.13 - Verificação do caudal máximo do oríficio para o volume máximo da bacia de retenção. ... 76 Quadro 5.14 - Dimensões da bacia de retenção e bacia de sedimentação e comparação com a bacia hidrográfica. ... 76
Acrónimos e Abreviações
%𝑖𝑚𝑝 – Impermeabilidade do local𝑎, 𝑏 – Parâmetros da curva IDF
𝑎𝑎 – Coeficiente de sedimentação na tubagem
𝑎𝑓 – Fator de retenção do sistema de drenagem
𝑎ℎ - Coeficiente de precipitação média anual
𝑎𝑝 – Coeficiente de concentração média de CQO do escoamento de tempo seco
𝐴 – Área da bacia de drenagem 𝐴𝑠𝑒𝑐çã𝑜 – Área da secção
𝐴𝑖𝑠 – Área impermeável equivalente
𝐴𝑓 – Área infiltrante
𝐴𝑟𝑒𝑑 – Área reduzida
ARC – Auckland Regional Council b – Largura
𝑐∗ - Indicador de escoamento
𝑐𝑐𝑐 – Concentração de CQO teórico dos excedentes diretamente descarregados para o meio recetor
𝑐𝑑𝑤 - Concentração de CQO do escoamento em tempo seco
𝑐𝑟 - Concentração de CQO do escoamento de água pluvial
𝑐𝑡𝑝 - Concentração de CQO do escoamento efluente das ETAR
cfs – Cubic feet per second 𝐶 – Coeficiente de escoamento
𝐶1, 𝐶2 𝑒 𝐶3 – Coeficientes do método racional
𝐶𝑖, 𝐶𝑖𝑖 e 𝐶𝑖𝑖𝑖 – Coeficientes de calculo do caudal unitário
CBO5 – Carência bioquímica de oxigénio ao fim de 5 dias, a 20ºC
CN – Curve Number
CQO – Carência Química de Oxigénio CWA – Clean Water Act
CZARA – Coastal Zone Act Reauthorization Amendments DID – Department of Irrigation and Drainage
𝑒0 – Taxa de descargas diretas permitidas em relação ao volume total anual de efluente
EPA – Environmental Protection Agency
ETAR – Estação de Tratamento de Águas Residuais 𝑓𝑑 – Taxa de infiltração do solo
𝐹𝑝 – Fator de ajuste caso existam bacias de retenção ou zonas húmidas na bacia
ℎ – Altura de escoamento
ℎ𝑚 – Altura média de água armazenada
ℎ𝑠𝑜𝑙𝑜 – Altura do solo percolado
𝑖 – Declive médio/inclinação 𝑖ℎ – Gradiente hidráulico
𝐼 – Intensidade de precipitação
𝐼𝑊𝑄 – Intensidade do evento com vista a qualidade do escoamento
𝐼𝑎 – Perdas iniciais
IDF – Intensidade-duração-frequência 𝑘 – Permeabilidade do solo percolado 𝐾 𝑜𝑢 1
𝑛 – Coeficiente de Gauckler-Manning-Strickler
𝐿𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎 – Comprimento do canal principal da bacia
LID – Low Impact Development
𝑚 – Proporção de água pluvial para água residual média durante a descarga de excedentes MO – Matéria orgância
MS4 – Municipal Separate Storm Sewer System 𝑁 – Número total de eventos pluviosos
𝑁𝑟 – Número de eventos cujo volume de escoamento foi inferior ou igual a 𝑉𝑚
NMP – Número mais provável
NRCS – Natural Resource Conservation Service 𝑃 – Precipitação
𝑃𝐿0 – Poluição anual proveniente de descargas diretas para o meio recetor
𝑃𝐿𝑡𝑝 – Poluição anual proveniente de descargas das ETAR para o meio recetor
𝑃𝐿𝑟 – Poluição anual proveniente de descargas apenas pluviais para o meio recetor
𝑃𝑊𝑄 – Precipitação do evento com vista a qualidade do escoamento
𝑄𝑚𝑎𝑥 – Caudal de pré-desenvolvimento efluente
𝑞𝑑𝑤24 – Caudal médio diário específico de tempo seco
𝑞𝑠 – Caudal específico efluente
𝑞𝑟24 - Caudal pluvial específico que a ETAR admite tratar
𝑞𝑢 – Caudal de ponta de cheia unitário
𝑄 – Caudal
𝑄𝑐𝑟𝑖𝑡 – Caudal crítico
𝑄𝑑𝑖𝑚 – Caudal de dimensionamento
𝑄𝑑𝑤24 – Caudal médio diário em tempo seco
𝑄𝑑𝑤𝑥 – Caudal de ponta diário em tempo seco
𝑄𝑖𝑚𝑝 - Caudal proveniente de zonas impermeáveis
𝑄𝑚 – Caudal médio
𝑄𝑝 – Caudal de ponta de cheia
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑚 – Caudal proveniente de zonas permeáveis
𝑄𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡 – Caudal pluvial crítico
𝑄𝑟𝑆24 – Caudal das zonas separativas
𝑄𝑟𝑜 – Caudal pluvial médio durante a descarga de excedentes
𝑄𝑡 – Caudal que a ETAR admite tratar
𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡 - Caudal pluvial crítico específico
𝑅 – Raio hidráulico da secção RE – Elementos de risco
RMA – Resource Management Act RS – Factores de risco
𝑆 – Retenção máxima após o começo do escoamento 𝑆𝑐 – Declive equivalente do leito da bacia pg 42
𝑆𝐺𝑚 – Grupo do declive médio do terreno
𝑆𝐺𝑗 – Grupo do declive do terreno da sub-bacia 𝑗
SST – Sólidos suspensos totais SuDS – Sustainable drainage systems 𝑡𝑐 - Tempo de concentração
𝑡𝑖𝑛𝑓 – Tempo de infiltração do volume total
𝑡𝑓 – Maior tempo de percurso até à ETAR ou estrutura de armazenamento
𝑡𝑓 – Maior tempo de percurso na bacia hidrográfica, retirando o tempo dentro do sistema de coletores
𝑡𝑟𝑒𝑡 – Tempo de retenção do escoamento no solo
𝑇𝑜 – Tempo médio acumulado de todas as descargas de excedentes num ano
𝑇𝑒 = Tempo de esvaziamento
𝑇𝐿 = Duração do evento pluvioso
𝑇𝑅 – Fator de transporte
TMDL – Total Maximum Daily Loads UA – Áreas urbanizadas
𝑉𝑎 – Volume de armazenamento
𝑉𝑎𝑔 – Volume do local de armazenamento com vista a infiltração preenchido de agregado
𝑉𝑒𝑓 = Volume de escoamento efetivo para um dado evento pluvioso
𝑉𝐸𝐷 – Volume de extended detention
𝑉𝑚𝑎𝑥 – Volume correspondente à captura do maior evento datado
𝑉𝑝 = volume cheio do armazenamento
𝑉𝑟 – Volume de efluente médio anual
𝑉𝑟𝑜 – Volume médio anual de descargas de excedentes
𝑉𝑅 – Volume de escoamento total durante o período estudado
𝑉𝑠 – Volume específico a armazenar
𝑉𝑡 = Volume da precipitação total do evento na bacia
𝑉𝑇 – Volume de escoamento tratado durante o período estudado
𝑉𝑣 – taxa de volume de vazios do agregado
𝑉𝑊𝑄 – volume correspondente ao 𝑃𝑊𝑄
VLE – Valores limite de emissão WF – Peso do factor
𝑥𝑑 – Quociente entre o caudal médio diário e o caudal de ponta diário em tempo seco
Z – declive dos taludes (H:V)
1. Introdução
1.1 Considerações gerais e introdutórias sobre o tema
Com o crescimento exacerbado de zonas impermeáveis e a falta de planeamento nas zonas urbanas que vieram substituir zonas verdes, a capacidade de infiltração é cada vez mais diminuta, o que leva a uma maior percentagem de águas pluviais, água proveniente da precipitação atmosférica, a ter de escoar à superfície até ser encaminhada para sistemas de drenagem canalizados até ao meio recetor. De acordo com CSIRO (1999), as consequências da urbanização enumeram-se:
• Mais escoamento derivado da precipitação;
• Maior frequência de caudal elevado em meios recetores;
• Tempo de concentração da bacia reduzido devido a transporte canalizado do escoamento; • Redução da infiltração, que afeta a recarga dos aquíferos e consequentemente menor afluente
às linhas de água em tempo seco, passando o caudal do uso de água humano, após tratamento nas ETAR, a ser mais relevante no caudal afluente na bacia neste período.
Para além disso, as águas pluviais acumulam todo o tipo de poluentes nas superfícies por onde escoam, também designada por poluição difusa. Os poluentes mais encontrados em águas pluviais provenientes de centros urbanos consistem em: sólidos suspensos totais, metais pesados como cobre, zinco e chumbo, matéria orgânica biodegradável, hidrocarbonetos, bactérias e nutrientes.
A gestão das águas pluviais é vista como um dos maiores desafios da atualidade, tanto em quantidade, prevenção de cheias, reutilização das águas pluviais, como em qualidade, descargas feitas para os meios recetores, tendo em conta a sua capacidade de diluição. No primeiro caso, o principal objetivo é armazenar na bacia hidrográfica o maior volume possível resultante de precipitações intensas, para evitar cheias a jusante, enquanto que, no segundo caso, o objetivo é conseguir tratar o first flush, que transporta para jusante todos os poluentes acumulados nas zonas impermeáveis existentes e podem ter consequências na qualidade dos meios recetores. O estado dos últimos deve ser uma condicionante nas descargas efetuadas.
O transporte, dentro dos centros urbanos, das águas pluviais é efetuado por sistemas de drenagem. Os sistemas de drenagem que transportam as águas pluviais podem diferir entre sistemas separativos e sistemas unitários. Os primeiros separam as águas residuais domésticas e industriais, das águas pluviais e similares em sistemas paralelos, enquanto que os segundos conjugam ambos na mesma tubagem. No caso de ambos coexistirem são considerados sistemas mistos. Apesar de há muito tempo se ter regulamentado que os sistemas deviam ser separativos (Decreto Regulamentar n.º 23/95), em Portugal e na Europa, ainda subsistem vários sistemas unitários. Na maioria dos municípios de Portugal, os sistemas de drenagem das zonas mais recentes são separativos e em algumas zonas mais antigas ainda persistem sistemas unitários, o que torna muitos destes sistemas mistos. Como exemplo, em Lisboa as zonas mais recentes apresentam um sistema separativo, mas a estrada de Benfica apresenta um sistema unitário, o que torna o sistema de drenagem de Lisboa um sistema misto.
Ashley et al (2007), citado em Digman et al (2012) afirma:
“Continuar com a atual abordagem de resolver estes desafios (muitas vezes através do aumento do tamanho dos coletores existentes ou armazenamento subterrâneo) é perpetuar soluções insustentáveis que não são adaptáveis a um futuro incerto.”
Se ao aumento da impermeabilização das bacias urbanas juntarmos a preocupação com as alterações climáticas, os sistemas de drenagem atuais, especialmente em zonas de jusante, podem já se encontrar subdimensionados, porém a solução pode não passar pela substituição destas tubagens por outras com maior capacidade de vazão, mas efetuar uma remodelação na bacia de modo a que haja retenção e/ou infiltração do escoamento ao longo da bacia o que além de diminuir a quantidade de escoamento para jusante também garante benefícios na qualidade das águas pluviais que serão descarregadas no meio recetor.
Pela Europa existem vários exemplos de zonas urbanas que foram reabilitadas por novas medidas de gestão de águas pluviais superficiais (retrofitting). Na Suécia, a cidade de Malmo foi pioneira no uso de sistemas de drenagem sustentáveis remontando a 1980. Esta cidade é drenada por sistemas de drenagem superficiais e podemos observar na Figura 1.1 um exemplo destes sistemas.
Já nos Estados Unidos da América, a cidade de Filadélfia foi algo de um estudo concebido em 2009 de avaliação de opções para o controlo de descargas de excedentes de sistemas unitários nos seguintes 40 anos (Stratus Consulting, 2009, citado em Digman et al, 2012). Foi comparado os benefícios do
uso de infraestruturas verdes (também conhecido por Low Impact Development) em detrimento da construção de túneis de grande diâmetro para controlo do escoamento proveniente da cidade e comprovou-se que a abordagem com uso a infraestruturas verdes trazia benefícios que variam de 1,9 a 4,5 biliões de dólares (dependente de os LID tratarem 25 ou 100% do escoamento). Dentro dos benefícios encontramos:
• Melhoria da qualidade do ar através do aumento de espaços verdes; • Redução da água potável usada devido a armazenamento de água pluvial; • Aumento da biodiversidade por introdução de espaços verdes e lagos; • Potencialidades educativas e recreativas em espaços verdes e lagos;
• Redução de custos com energia nos edifícios pois as massas de água funcionam como estabilizador térmico e as árvores providenciam sombra;
• Atenuação do efeito “Ilha de calor” (temperatura mais elevada dentro de centros urbanos) providenciada pelas massas de água e espaços verdes que funcionam como estabilizadores térmicos;
• Aumento do valor imóvel devidos a mais espaços verdes e massas de água;
Figura 1.1 - Sistema de drenagem superficial em Malmo, Suécia (Digman et al, 2012).
• Evitado o custo do aumento das estruturas convencionais pois as estruturas superficiais reduzem o escoamento para as mesmas;
• Melhoria da qualidade da água pois as infraestruturas verdes providenciam tratamento; • Aumento da recarga dos aquíferos devido ao aumento da infiltração;
• Redução do volume tratado nas ETAR devido ao reduzido caudal pluvial afluente; • Redução das emissões de CO2 dado o aumento dos espaços verdes.
Além de Filadélfia, também Portland e Nova Iorque investiram em infraestruturas verdes. No caso de Portland, foram investidos 8 milhões de dólares em infraestruturas verdes e assim evitado um investimento de 250 milhões de dólares em custos de infraestruturas convencionais. Estas novas infraestruturas armazenam e infiltram 43 milhões de “gallons” de água por ano (equivalente a 162 milhões de litros). Já em Nova Iorque o “2010 Green Infrastructure Plan” estima reduzir os custos de gestão dos águas residuais urbanas (Nova Iorque tem um sistema de drenagem unitário) em 2.4 biliões de dólares ao longo de 20 anos, diminuindo as descargas de excedentes não tratados em 2 biliões de gallons, aproximadamente 7.5 biliões de litros, poupando 1.5 biliões de dólares que se gastaria para ter o mesmo efeito por métodos tradicionais (Foster et al, 2011).
1.2 Objetivo da tese
O objetivo desta tese começa por analisar a legislação atual sobre as águas pluviais e as descargas para os meios recetores existentes em Portugal, tendo por base os Decretos Lei existentes nesta matéria.
Posteriormente, será efetuado um levantamento de legislações e guias de boas práticas que remetam para metodologias de boa gestão das águas pluviais em bacias urbanas, indicando os princípios das mesmas. Comparar estas com a legislação atual em Portugal e sugerir atualizações à legislação. Identificar as soluções apresentadas para gerir as águas pluviais, as suas restrições, vantagens, desvantagens, eficiência e comentar a sua aplicabilidade a Portugal e ao nosso clima.
Por fim, aplicar algumas das soluções encontradas a uma bacia hidrográfica impermeabilizada ou a impermeabilizar de modo a percecionar a sua necessidade em termos de área de implantação e aplicabilidade a áreas muito urbanizadas com pouco espaço disponível para implementação de boas técnicas de gestão de águas pluviais.
1.3 Organização do documento
Tendo em conta os objetivos anteriormente propostos, esta dissertação foi estruturada em seis capítulos, constituindo o atual capítulo a Introdução.
No Capítulo 2, apresenta-se a legislação atual portuguesa sobre descargas de águas pluviais nos meios recetores, seguida das legislações presentes nos Estados Unidos da América e na cidade de Auckland, na Nova Zelândia sobre o mesmo tema e ainda dois guias de boas práticas de gestão de águas pluviais elaborados para o Reino Unido e para a Malásia.
No Capítulo 3, é levantada a metodologia de cálculo de caudais de ponta de cheia para bacias urbanas utilizadas nos Estados Unidos da América, na Nova Zelândia, na Malásia e no Reino Unido. É ainda apresentado o método alemão para delimitar as descargas de excedentes nos meios recetores, em casos de caudais que excedam a capacidade da ETAR.
No Capítulo 4, são apresentadas as soluções para utilização de uma gestão de águas pluviais superficial. Para cada solução é feita uma descrição, apresentada as suas características construtivas e o seu método de dimensionamento. É ainda apresentado a sua eficiência teórica e feita uma comparação com os valores obtidos na análise de afluentes e efluentes destas soluções efetuada nos Estados Unidos da América.
No Capítulo 5, são aplicadas algumas soluções a uma bacia hidrográfica fictícia a impermeabilizar. É brevemente exibida a solução apresentada pelo guia de boa gestão de águas pluviais do Reino Unido e, posteriormente, são dimensionadas duas soluções de aplicação com dois diferentes sistemas de gestão de águas superficiais.
Finalmente, no Capítulo 6 realiza-se uma síntese geral da dissertação, onde se apresentam as principais conclusões e são propostas temáticas para desenvolvimento de projetos futuros.
2. Revisão do Estado da Arte
2.1 Introdução
Neste capítulo apresenta-se uma análise da legislação nacional, da legislação e regulamentos de outros países e também alguns guias de boas práticas.
É apresentado em primeiro lugar a legislação presente em Portugal, referente a gestão de águas pluviais nos Decretos-Lei n.º 152/97 de 19 Junho e n.º 236/98 de 1 de Agosto, no Decreto Regulamentar n.º 23/95 de 23 de Agosto e na Lei 58/2005, de 29 Dezembro, também conhecida como a Lei da Água. Posteriormente neste capítulo, são apresentados regulamentos presentes nos Estados Unidos da América (programa NPDES) e na Nova Zelândia, neste último mais propriamente o plano da cidade de Auckland, que visam águas pluviais.
Finalmente apresentam-se algumas regras de boas práticas que constituem guias de gestão de águas pluviais que são utilizados no Reino Unido e na Malásia.
2.2 Legislação e Regulamentos
2.2.1 Legislação em Portugal
O Decreto Regulamentar n.º 23/95, de 23 Agosto, remonta à construção de bacias de retenção e refere aspetos alusivos à descarga nos meios recetores sendo relevante para este estudo.
As bacias de retenção têm como principal objetivo regularizar caudais de ponta afluentes, enquanto melhoram a qualidade das águas presentes. Na ocorrência de precipitações excecionais, as bacias funcionam como reservatórios que recolhem o excesso de caudal não comportado pelas estações de tratamento de águas residuais (ETAR) possibilitando assim que este excesso possa receber tratamento antes de ser descarregado nos meios recetores, pois caso contrário seriam descarregadas sem qualquer tratamento, respeitando assim os critérios de descarga já referidos anteriormente. Estas também podem ser usadas como reservas contra incêndios ou para fins de rega.
As bacias de retenção podem ser subterrâneas ou superficiais, sendo que dentro desta última podem-se classificar como podem-secas, podem-se a água prepodem-sente for toda escoada num curto período, ou permanente caso contenham água mesmo em período seco.
A constituição das bacias de retenção inclui:
a) “Corpo, que inclui fundo e bermas e resulta do aproveitamento possível das condições topográficas locais;
b) Dispositivos de funcionamento normal destinados a assegurar a regularização do caudal efluente e a manutenção de um nível mínimo a montante, no caso de bacias de água permanente;
c) Dispositivos de segurança, descarregadores de superfície e eventualmente diques fusíveis, destinados a garantir o esgotamento das águas em condições excecionais;
d) Descarga de fundo, com o objetivo de assegurar o esvaziamento da bacia de retenção em operações de limpeza e manutenção, podendo também funcionar como sistema de segurança.”
O dimensionamento hidráulico de uma bacia centra-se no cálculo do volume necessário para comportar o caudal afluente. No cálculo do caudal afluente prende-se um dos problemas desta metodologia, dado o grau de precisão e a informação requerida, sendo que consoante a informação disponível são utilizadas técnicas mais ou menos elaboradas para calcular o caudal efluente. Caso exista informação e seja possível construir o hidrograma de cheia, a bacia será construída para que consiga comportar tal caudal afluente. Caso contrário, recorre-se ao método Holandês, que se baseia nas curvas intensidade-duração-frequência (IDF) aplicáveis à área em questão, com determinado período de retorno. Posto isto, o volume de armazenamento necessário é dado pela equação (1):
𝑉𝑎= 10 ∙ (− 𝑏 ∙ 𝑞𝑠 1 + 𝑏) ∙ [ 𝑞𝑠 𝑎(1 + 𝑏)] 1 𝑏 ∙ 𝐶 ∙ 𝐴 (1) com: 𝑞𝑠 =6𝑄𝑚𝑎𝑥 𝐶 ∙ 𝐴 (2) onde: 𝑉𝑎 = volume de armazenamento (m3);
𝑞𝑠 = caudal específico efluente, ou seja, o caudal por unidade de área ativa da bacia de drenagem (mm/min);
𝐶 = coeficiente de escoamento (-); 𝐴 = área da bacia de drenagem (ha);
𝑄𝑚𝑎𝑥 = caudal de pré-desenvolvimento efluente (m3/s);
𝑎, 𝑏 = parâmetros da curva IDF (-).
Existe ainda alguns aspetos construtivos a ter em conta aquando da conceção da bacia de retenção segundo este documento:
• Nas bacias secas, a inclinação do fundo não deve ser inferior a 1 20
⁄ para evitar zonas alagadas e os taludes não podem exceder 1
6 ⁄ ou 1
2
⁄, consoante sejam ou não transitáveis;
• Nas bacias de água permanente, deve existir sempre uma coluna de água de pelo menos 1,5 m a fim de evitar o crescimento excessivo de plantas aquáticas e possibilitar a vida piscícola; • Caso a bacia se situe em zona urbana deve-se estimar um aumento de 0,5 m no nível da água
para a precipitação do período de retorno escolhido. Os taludes devem ser relvados com uma inclinação não superior a 1⁄6, os paramentos verticais devem ter 0,75 m, ao longo dos quais se verifica o aumento do nível da água e por razões de segurança devem existir bermas de 2 a 4 metros de largura no coroamento dos paramentos.
No que diz respeito ao destino final das águas residuais pluviais, é indicado que estas devem ser feitas nas linhas de água mais próximas sendo sempre necessário verificar a compatibilidade dessa descarga com as características do meio recetor, tendo em conta que poderá trazer efeitos adversos, nomeadamente:
a) Transbordamentos ou cheias causando inundações de maior frequência; b) Maior erosão das margens e leitos das linhas de água;
c) Maior deposição de materiais sólidos; d) Redução de áreas cultiváveis.
Este estudo dos efeitos provocados pela descarga é da responsabilidade do dono de obra que os deve avaliar e agir em conformidade. Caso necessário, deve ampliar a secção de vazão da linha de água. Os limites de caudal de ponta e das características qualitativas da descarga são determinados pela entidade gestora, sendo que não podem ser exigidos caudais inferiores aos caudais de ponta que já existiam anteriores à urbanização, nem a retirada de materiais sedimentáveis de volume inferior ao já carregado pelos anteriores caudais.
Porém, em nada este documento explicita a qualidade necessária imputada às águas pluviais para a descarga das mesmas nos meios recetores. No caso de águas residuais urbanas, somos remetidos ao Decreto-Lei n.º 152/97, de 19 Junho, que nos apresenta os valores do tratamento exigido às ETAR ou para os Valores Limite de Emissão presentes no Decreto-Lei n.º 236/98, de 1 Agosto, para águas residuais, sendo o primeiro ligeiramente mais restrito nos parâmetros apresentados como se constata no Quadro 2.1. Neste verificamos que a Lei obriga a que num sistema unitário apenas se façam descargas para o meio recetor quando o fator de diluição seja superior a 10 (9 partes pluvial para 1 parte esgoto), considerando que o valor de esgoto bruto, em tempo seco, contém cerca de 400 mg/l O2
de CBO5.
Este tratamento pode ser ainda mais restrito caso estejamos a falar de descargas para zonas consideradas como sensíveis. Neste caso, as concentrações de azoto e fósforo são pertinentes e necessitam de controlo (Quadro 2.2). Nos casos de descargas para zonas menos sensíveis, é apenas necessário um tratamento reduzido (redução de CBO5 em, pelo menos, 20% e o total de partículas
sólidas em suspensão em, pelo menos, 50%) se comprovado, pelo Instituto da Água, que um tratamento mais rigoroso não traz vantagens ambientais.
Quadro 2.1 – Comparação entre o tratamento secundário usualmente exigido à ETAR e os Valores Limite de Emissão definidos para águas residuais.
Parâmetros Decreto-Lei n.º 152/97 Decreto-Lei n.º 236/98 Concentração máxima à saída da ETAR Percentagem de redução mínima da ETAR (1) VLE Carência bioquímica de oxigénio (CBO5 a 20ºC) sem nitrificação (2) 25 mg/l O2 70-90 40 mg/l O 2 Carência química de oxigénio (CQO) 125 mg/l O2 75 150 mg/l O2 Total de partículas sólidas em suspensão (3) 35 mg/l (3) 35 altitudes >1500m (e. p. superior a 10 000) 60 altitudes >1500m (e. p. de 2000 a 10 000) 90 (3) 90 altitudes >1500m (e. p. superior a 10 000) 70 altitudes >1500m (e. p. de 2000 a 10 000) 60 mg/l
(1) Redução em relação à carga do afluente.
(2
) O parâmetro pode ser substituído por outro: carbono orgânico total (COT) ou carência total de oxigénio (CTO), se for possível estabelecer uma relação entre a CBO5 e
o parâmetro de substituição. (3) Este requisito é facultativo.
Quadro 2.2 - Tratamento adicional em casos de descarga para zonas sensíveis (Decreto-Lei n.º 152/97). Parâmetros Concentração Percentagem de redução mínima (1)
Fósforo total 2mg/l P (10 000 – 100 000 e. p.) 1 mg/l P (mais de 100 000 e. p.) 80 Azoto total (2) 15mg/l N (10 000 – 100 000 e. p.) 10 mg/l N (mais de 100 000 e. p.) (3) 70-80
(1) Redução em relação à carga do afluente.
(2
) Por azoto total entende-se a soma do total de azoto-Kjeldahl (N orgânico + NH3), azoto de nitratos (NO3) e azoto de nitritos (NO2).
No caso de sistemas separativos pluviais não existem exigências especiais a descargas nos meios recetores, o que remete para os Valores Limite de Emissão para águas residuais ou para a qualidade mínima das águas superficiais também presente no Decreto-Lei n.º 236/98. No entanto, a Lei 58/2005, de 29 Dezembro, a mais recente em Portugal que aborda este tema, também conhecida como Lei da Água, afirma a necessidade de controlo das emissões com base nas melhores práticas ambientais, no caso de existir impactes difusos que geralmente consistem em lixiviados de terrenos agrícolas e drenagem pluvial de zonas urbanas. Estes impactes são identificados pelos planos de gestão das
bacias hidrográficas em Portugal, competência da Agência Portuguesa do Ambiente, que classificam as massas de água consoante o seu estado ecológico e químico e que identificam as principais pressões a que as massas de água estão sujeitas e que podem afetar o seu bom estado (pressões urbanas, industriais ou agrícolas) e em que as águas pluviais urbanas em alguns casos pontuais poderão ter impacto significativo. Atendendo ao estado das massas de água, os valores limite de emissão para descarga no meio recetor podem ser mais restritivos para atingir o bom estado das massas de água.
Outra restrição às descargas pluviais pode prender-se com o destino final para qual a massa de água é usado. No Decreto-Lei n.º 236/98 de 1 Agosto deparamo-nos com a qualidade mínima que as águas têm de apresentar dependendo se tem como finalidade o consumo humano, o suporte de vida aquícola, rega ou para efeitos balneares.
2.2.2 Legislação nos Estados Unidos da América
Nos Estados Unidos da América o sistema de drenagem é maioritariamente separativo, sendo as águas pluviais transportadas pelo denominado Municipal Separate Storm Sewer System (MS4). Este sistema, pertencente a entidades públicas, é dimensionado para transportar apenas as águas pluviais e descarregar diretamente nos meios recetores. Sistemas de drenagem unitários também se encontram em zonas urbanas mais antigas, como é o caso das zonas do Nordeste e do “Great Lake”.
Após a criação da EPA (Environmental Protection Agency) em 1970, em 1977 surgiu o Clean Water
Act (CWA) que constitui, até aos dias de hoje, a Lei relacionada com descargas poluentes nas águas
norte americanas, sofrendo alterações desde então (EPA, 2010). O objetivo passa por restaurar e manter a boa qualidade química, física e biológica destas águas. Ainda assim 40% das massas de água não atingiam os padrões de qualidade devido ao descarregamento de águas pluviais poluídas (EPA, 2004), foi então criado o National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) que tem como alvo as águas pluviais com origem não agrícola. Este programa ficou então responsável por emitir todas as licenças de descarga de águas pluviais.
A 16 de Novembro de 1990, a NPDES iniciou a primeira de duas fases de controlo de águas pluviais. Nesta fase MS4s médios (zonas urbanizadas com uma população entre 100 000 e 250 000) e MS4 grandes (Zonas com mais de 250 000 habitantes) recaíram sobre a alçada da NPDES necessitando de uma licença para as descargas. Foram também necessárias licenças para obras de construção com 5 ou mais acres (aproximadamente 20 000 m2) ou menor caso pertença a um plano de desenvolvimento
contínuo e zonas de atividade industrial.
Posteriormente, a 8 de dezembro de 1999 foi publicada a segunda fase do programa de controlo de águas pluviais. A necessidade de licença foi estendida a pequenos MS4 (MS4 com menos 100 000 habitantes) que necessitem de ser sujeitos a regulação e controle (Regulated Small MS4) incluindo propriedades pertencentes ao Estado, como por exemplo bases militares. Foi também reduzida a dimensão mínima da área de construção com necessidade de licença sempre que se tem obras de construção, passando de 5 acres para 1 acre (aprox. 4000 m2). Em relação às zonas industriais, foi
contacto com a água pluvial, exceto em atividades de construção (EPA, 2010). No Quadro 2.3 é apresentado um resumo do programa NPDES.
As descargas de um pequeno MS4 necessitam de regulação e controle quando se incluem num dos seguintes critérios (EPA, 2000):
✓ Definição automática nacional – Constar numa base dados geográficos nacionais de “áreas urbanizadas” (UA), onde estão definidas as fronteiras geográficas de todos os MS4 pequenos que correspondem às zonas mais densamente urbanizadas com uma população mínima de 50 000 habitantes, incluindo zonas urbanas adjacentes de uso não residencial e zonas de pouca densidade populacional periféricos a zonas de densidade populacional elevada. ✓ Eventual qualificação da zona pela NPDES: Necessidade de avaliação – Um MS4 pequeno
fora das zonas denominadas “áreas urbanizadas” pode ser avaliado como a controlar, caso seja determinado que a sua descarga tem impactos adversos ou potencial para ter esses impactos na qualidade das águas. Todos os MS4 pequenos localizados fora das “áreas urbanizadas” com uma população de, pelo menos, 10 000 habitantes e uma densidade populacional de, pelo menos, 1000 hab/milha2 (aprox. 386 hab/km2) são alvo de avaliação
para a necessidade de licenças de descarga em função dos seguintes fatores: o Descargas efetuadas em águas sensíveis;
o Densidade populacional elevada;
o Elevado crescimento ou elevado potencial de crescimento; o Proximidade a “áreas urbanizadas”;
o Contribuinte significante de poluentes para as águas dos EUA; o Proteção ineficaz da qualidade das águas por outros programas.
✓ Eventual qualificação da zona pela NPDES: Fisicamente interligados – MS4 pequenos fora das zonas denominadas urbanized areas que contribuam substancialmente para a carga poluente de um MS4 a controlar. Por outras palavras, se existir, a montante de um MS4 a controlar, um MS4 pequeno que descarregue para o primeiro e contribua substancialmente para sua a carga poluente, este pode ser qualificado como um MS4 a controlar.
Para a emissão de licenças foi imposto à EPA a criação de Total Maximum Daily Loads, para Estados em que não existam, com vista a limitar as descargas de poluentes de águas pluviais em águas debilitadas. Estes são determinados com a ajuda do programa BASINS criado pela EPA (Crossette, 2015).
Quadro 2.3 - Programa do NPDES.
Fase I
Necessárias licenças de descarga de águas pluviais para: • MS4 médios e grandes;
• Impermeabilização de áreas maiores ou iguais a 5 acres; • Zonas industriais.
Fase II
Necessárias licenças de descarga para: • MS4 pequenos regulamentados;
• Impermeabilização de áreas maiores ou iguais a 1 acres. Isenção de licença para:
• Atividades industriais caso os materiais ou atividades não entrem em contacto com águas pluviais (exceto atividades de construção).
Já em 2007, foi decretado o Energy Independence and Security Act of 2007, que em termos de águas pluviais requere que todos os projetos federais de desenvolvimento ou reabilitação com área de implantação superior a 5000 ft2 (≈465m2) devem atingir o estado hidrológico de pré-desenvolvimento,
ou o estado mais próximo possível deste, tendo em conta todas as tecnologias existentes (NRC, 2008). Comparando com Portugal, a legislação refere que não podem exigidos caudais de ponta inferiores aos caudais de ponta anteriores à urbanização, sendo o caudal de ponta e as características qualitativas determinados pela entidade gestora. Porém, não existe um valor mínimo de área de implantação a que é aplicado.
Segundo um estudo de 2001 feito pela Tetra Tech (empresa de engenharia dos EUA que contou com a parceria da EPA) demonstrativo dos regulamentos de diferentes Estados e alguns municípios, constatamos que existiam regulamentos ainda mais restritos do que os apresentados pela 2ª fase da NPDES em alguns Estados ou municípios, apesar desta só entrar em vigor em 2003. Podemos ainda constatar neste estudo que existem Estados com critérios de qualidade que exigem um tratamento do
first-flush (entre ½ inch≈12,7mm e 1 inch≈ 25,4mm de escoamento) e redução de poluentes como
sólidos suspensos, fósforo, nitratos, nitritos, zinco entre outros em alguns casos específicos. Algumas destas exigências apresentadas ainda têm como base um programa de proteção das águas costeiras de poluição difusa, CZARA (Coastal Zone Act Reauthorization Amendments), pois as medidas do programa NPDES sobrepõem-se às anteriormente exigidas pelo CZARA. Em termos de áreas de drenagem impermeabilizadas já existiam Estados a exigir licença de descarga para valores abaixo da 2ª fase da NPDES de 1 acre, chegando a ter um município que definiu 500 ft2 (46,5 m2) como área
mínima para necessidade de licença. Este valor é extremamente baixo, o que leva a crer que estejamos perante massas de água muito protegidas. Em termos de critérios de controlo de quantidade de escoamento o estudo demonstra que existe heterogeneidade nos eventos para controlo do caudal de ponta de cheia nos variados Estados, desde eventos com períodos de retorno de 2 a 100 anos, a durações de 24h a 3 dias (Clar et al, 2004).
2.2.3 Regulamento das descargas pluviais de Auckland (Nova Zelândia)
Tal como em grande parte dos Estados Unidos da América, na Nova Zelândia o sistema de drenagem é separativo. Os princípios da gestão das águas pluviais na Nova Zelândia baseiam-se em três conceitos base: “evitar, remediar, mitigar” por esta ordem.
Evitar consiste no planeamento antecipado, práticas que reduzam o escoamento, através da redução das zonas impermeáveis e redução de potenciais zonas de contaminação. Utilização de pavimentos porosos, não usar materiais à base de zinco em coberturas e promover a infiltração na origem são alguns exemplos que visam evitar ao máximo o contacto da água com os seus contaminantes. Remediar consiste em medidas de controlo na origem, boas práticas que impedem os contaminantes de entrar em contacto com as águas pluviais. Zonas de lavagens de carros dotadas de sistemas de tratamento de águas pluviais, ao contrário de estar ligados diretamente ao sistema de drenagem pluvial e desencorajar a lavagem de carros para a via pública são exemplos destas medidas.
Mitigar consiste no último reduto, o tratamento das águas pluviais contaminadas para reduzir a quantidade de poluentes existentes nestas ou retardar volumes à zona de descarga. Temos como exemplos bacias de retenção e de wetlands (ARC, 2003).
O distrito/região de Auckland, na Nova Zelândia, é o mais urbanizado contendo 35% de toda a população deste país apesar de ser o segundo mais pequeno em termos de área. Aqui vivem quase 1,7 milhões de pessoas em 5000 km2, mas 96% dessa população vive na área urbana de Auckland
com pouco mais de 1100 km2 de área.
Este distrito/região possui um plano ambiental denominado: Auckland Council Regional Plan: Air, Land
and Water que tem por base o Resource Management Act de 1991, legislação presente na Nova
Zelândia. A secção 17 refere que é dever da população garantir os três conceitos antes descritos, evitar, remediar e mitigar efeitos adversos ao ambiente (RMA, 1991). O Quadro 2.5 apresenta, resumidamente, este plano e as suas restrições às descargas pluviais provenientes de zonas urbanas no qual as descargas pluviais são classificadas em atividades permitidas, controladas, restritas discricionárias, discricionárias e não consentidas (descritas no Quadro 2.4).
Quadro 2.4 - Tipos de atividades presentes no plano apresentado (adaptado de RMA, 1991).
Tipo de atividades Descrição
Permitida Atividade que não necessita de licença de descarga pela Entidade Reguladora;
Controlada Necessita de licença para a descarga que deve ser atribuída a menos que os efeitos no meio recetor sejam maiores que insignificantes;
A Entidade Reguladora não pode impor condições superiores às já respeitadas aquando da classificação da atividade como controlada; Restrita Discricionária Necessita de licença para a descarga que pode ou não ser atribuída; Não podem ser impostas condições superiores àquelas que tornaram a atividade restrita discricionária;
Discricionária Necessita de licença para a descarga que pode ou não ser atribuída; No caso de ser permitida terá de respeitar as condições que a Entidade Reguladora imponha, caso existam.
Quadro 2.5 – Definição da classificação das licenças de descarga de acordo com o “Auckland Council Regional Plan: Air, Land and Water” (ARC, 2012). Tem permissão para descarregar para o sistema de drenagem? Integra o plano de gestão da Bacia Hidrográfica? Nova Zona Impermeáv el? Remove 75% dos SST antes da descarga? Atividade Controlada Atividade Restrita Discricionária Remove 30% dos SST antes da descarga? Atividade Controlada Atividade Restrita Discricionária Atividade Discricionária Nova Zona Impermeável? Aimp<1000 m2? Tratada com Vegetated Filter Strips ou Cesspits? Atividade Permitida Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Controlada Atividade não consentida Atividade Discricionária 1000<Aimp<5000 m2? Qp 2 e 10 anos ≤ Qp pré-desenvolvimento Remove 75% dos SST antes da descarga? Atividade Permitida Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Restrita Discricionária Atividade não consentida Atividade Discricionária Remove 75% dos SST antes da descarga? Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Controlada Atividade não consentida Atividade Discricionária Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Restrita Discricionária Atividade não consentida Atividade Discricionária 5000<Aimp<10000 m2 A descarga causa impactos significativo s no meio recetor? Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Discricionária Atividade não consentida Atividade Discricionária Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Restrita Discricionária Atividade não consentida Atividade Discricionária Integra o plano de gestão da Bacia hidrográfica ? É autorizada e gerida pela Autoridade Reguladora ? Atividade Discricionária Atividade não consentida Atividade Discricionária Atividade Permitida S Sim N Não S S N N S Sim Não S S S S S S N N N N N N Sim Sim Sim Não Não N Não S S N N S S S S S S N N N N N N N N N N S S S S N S
Em todos os casos é necessário garantir: • Não causa erosão a jusante;
• A cheia de 100 anos não chega a menos de 0,5 metros do nível das habitações;
• São definidas linhas de água urbanas onde escoa a cheia de 100 anos não comportada pelo sistema de drenagem, causando o mínimo de dano e incómodo.
2.2.4 Guia do Reino Unido com vista a sistemas de drenagem sustentáveis
Tal como Portugal, o Reino Unido pertencendo à União Europeia e é abrangido pela nova diretiva europeia, o Water Framework Directive (Diretiva 2000/60/EC). Esta norma levou à pesquisa de opções para redução da poluição nos meios recetores no Reino Unido (Digman et al, 2012).
Woods Ballard et al (2015) apresenta um guia que pretende direcionar a gestão de águas pluviais para soluções sustentáveis (SuDS – Sustainable Drainage Systems), com o apoio do Department for
Environment, Food and Rural Affairs. Dentro deste guia encontramos medidas para controlo do risco
de cheia e medidas para controlo da qualidade das descargas para os meios recetores. As medidas para controlo do risco de cheia são as seguintes:
1. Controlar o volume de escoamento: a. Eventos frequentes:
Interceção – Eventos até 5mm não provocam escoamento para jusante. O objetivo passa por reproduzir o pré-desenvolvimento infiltrando estes pequenos eventos que nesse caso não provocariam escoamento.
Pode não ser possível durante a época em que são mais frequentes os eventos de pluviosidade ou até em períodos da época menos frequente e, nesse caso, adota-se uma abordagem flexível. Com a Interceção, aponta-se para um mínimo de 80% dos eventos até 5mm durante a época seca sejam infiltrados e 50% durante a época de pluviosidade frequente tenham o mesmo destino.
b. Eventos extremos:
Controlar volume do evento de 100 anos com duração de 6 horas (duração usada a menos que exista uma modelação detalhada da bacia referida) – Volume de escoamento proveniente deste evento é comparado ao volume do mesmo evento, mas em condições pré-desenvolvidas e a diferença é considerado o volume a guardar. Caso não seja possível guardar, é descarregado a caudal que não aumente o risco de cheia a jusante, podendo ser descarregado, no máximo, a 2 l/s/ha.
2. Controlar o caudal de ponta de cheia:
a. Caudais que possam ter impacto na morfologia, ecologia ou capacidade do meio recetor ou até capacidade do sistema de drenagem:
O objetivo passa por controlar o caudal de ponta de cheia de eventos normalmente de 1 a 2 anos de período de retorno para que este apresente valores que seriam esperados caso estivéssemos na presença de uma zona pré-desenvolvida. No limite pode escoar a 1-2 l/s/ha.
b. Caudais de ponta de cheia extremos:
O objetivo é tal como no anterior igualar as condições de pré-desenvolvimento sempre que for possível, mas em casos especiais, pode-se aceitar uma aproximação mínima ao caudal de pré-desenvolvimento de 30% e neste caso este valor é dependente de avaliação por parte da Entidade Reguladora.
3. Controlar o risco de cheia decorrente de uso de gestão superficial: a. Capacidade do sistema:
O sistema de gestão deve ser desenvolvido de modo a que não existam zonas inundadas, sem estarem pré-definidas para tal, até ao evento pluvial com período de retorno de 30 anos.
b. Eventos excedentes:
A conceção do sistema de drenagem deve integrar um sistema de descarga de emergência de forma que, para os diferentes cenários de risco, todo o processo seja controlado para eventos que excedam a sua capacidade.
Medidas para controlo da qualidade das descargas nos meios recetores:
1. Prevenir que exista escoamento a chegar aos meios recetores para eventos pluviométricos de pequena escala:
a. Interceção – Mencionado acima nas medidas de controlo de quantidade; 2. Gestão do escoamento para não causar impactos negativos nos meios recetores:
a. Requer o tratamento de eventos pluviosos recorrentes dependendo do risco de poluição que estes apresentam. Devem ser dimensionados para tratar os eventos até 1 ano de período de retorno (eventos com 63% de probabilidade de excedência segundo The et al, 2015) com duração de 15 minutos (dependendo da duração crítica). Os requisitos mínimos para descarga nos meios recetores são apresentados no Quadro 2.6:
Quadro 2.6 - Requisitos mínimos para controlo da qualidade das descargas pluviais nos meios recetores (adaptado de Woods Ballard et al, 2015).
Uso do solo Nível de
risco poluição Requisitos para descargas em águas superficiais
Requisitos para descargas em águas subterrâneas
Telhados residenciais Muito
baixo Remoção de sólidos e sedimentos grosseiros Zonas residenciais e acessos,
estradas com pouco tráfego e parques de estacionamento com pouca rotação de veículos
Baixo Nível de proteção dos meios recetores a definir pelo “Simple Index approach”
Zonas comerciais, parques de estacionamento com rotação elevada de veículos, estradas, exceto com pouco tráfego, estradas principais e autoestradas
Médio “Simple Index approach”
“Simple Index approach” em conjunto com uma análise de risco para determinar se é necessário o parecer da entidade reguladora.
Estradas principais e
autoestradas Elevado
Metodologia para estradas a implementar é apresentada em HA, 2009, citado em Woods Ballard et al, 2015.
Zonas industriais, zonas com elevado risco de poluição, zonas onde combustíveis, químicos são geridos, armazenados, entregues, usados ou fabricados
Elevado
Descargas poderão necessitar de licença da autoridade reguladora. Análise de risco é muito provavelmente necessária.
2.2.4.1 Simple Index Approach
Uma das abordagens previstas neste guia de boas práticas é o Simple Index Approach, que determina o nível de proteção dos meios recetores consoante a origem da descarga pluvial e cuja aplicação se divide em 3 passos (Woods Ballard et al, 2015):
1. Definir o índice de risco de poluição do uso do solo, numa classificação de 0 a 1; 2. Determinar o índice de remoção de poluição dos SuDS;
3. Em casos de descargas para meios recetores protegidos é necessário considerar precauções adicionais.
O primeiro passo de definição do índice de risco de poluição do uso do solo (0-1) é efetuado pela aplicação dos critérios do Quadro 2.7:
Quadro 2.7 - Índice de risco de poluição das águas pluviais consoante a sua origem (adaptado de Woods Ballard et al, 2015).
Uso do solo Nível de
risco poluição Sólidos Suspensos Totais Metais Hidrocar-bonetos
Telhados residenciais Muito
baixo 0.2 0.2 0.05
Outros telhados (comerciais/industriais)
Baixo 0.3 0.2 (até
0.8*) 0.05 Zonas residenciais e acessos; estradas com
pouco tráfego; parques de estacionamento com pouca rotação (<300 acessos/dia de tráfego)
Baixo 0.5 0.4 0.4
Zonas comerciais; parques de estacionamento com bastante rotação; estradas, exceto com pouco tráfego, estradas principais e autoestradas
Médio 0.7 0.6 0.7
Zonas industriais; zonas com elevado risco de poluição; zonas onde combustíveis, químicos são geridos, armazenados, entregues, usados ou fabricados; estradas principais e autoestradas
Alta 0.8 0.8 0.9
* Onde existe potencialidade de libertação de metais para a água.
No 2º passo procede-se à determinação dos SuDS a utilizar. De forma simplificada, são comparados os índices de risco de poluição estimados dada a origem das águas pluviais e os índices de remoção previstos para cada SuDS (Quadro 2.8) sendo que o índice de remoção terá de ser maior ou igual ao índice de poluição para cada um dos contaminantes.
Índice remoção SuDS ≥ Índice de risco de poluição estimado 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒
(3)
No caso de não ser suficiente um componente para garantir o tratamento adequado, podem ser usados componentes em série (Quadro 2.10), mas o seu índice será dado por:
Índice dos SuDS em série= Índice do 1º componente+Índice do 2º componente
2 (4)
O fator está associado ao facto de o afluente do componente secundário ou terciário já ter concentrações menores de contaminantes, sendo o fator sempre 0.5.
No caso de infiltração do escoamento pluvial, e para salvaguardar a qualidade dos aquíferos, os índices de remoção e as caraterísticas do solo onde ocorre a infiltração são apresentados no Quadro 2.9.
Quadro 2.8 - Índices de remoção de poluentes para diferentes SuDS (adaptado de Woods Ballard et al, 2015).
Índices de remoção*
Tipos de componentes SST Metais Hidrocarbonetos
Tapete ripário 0.4 0.4 0.5
Drenos filtrantes 0.4 0.4 0.4
Vala com cobertura vegetal 0.5 0.6 0.6
Sistema de bioretenção 0.8 0.8 0.8
Pavimentos permeáveis 0.7 0.6 0.7
Bacia de retenção 0.5 0.5 0.6
Bacia de retenção de água permanente 0.7 0.7 0.5
Zona húmida construída 0.8 0.8 0.8
Sistemas de tratamento patenteados Devem demonstrar que tratam os contaminantes previstos para a área de drenagem, para níveis aceitáveis para eventos com um período de retorno de 1 ano.
* Estes índices de remoção apresentados são referentes ao guia de dimensionamento também presente no documento para os variados componentes.
Quadro 2.9 - Índices de remoção para descargas em aquíferos e características do solo onde ocorre a infiltração (adaptado de Woods Ballard et al, 2015).
Índices de remoção para descargas em aquíferos
Características do solo que cobre a zona onde
decorre a infiltração por onde o escoamento flui SST Metais Hidrocarbonetos
Uma layer de vegetação densa a cobrir solo com bom potencial de atenuação** de contaminantes de pelo menos 300 mm profundidade
0.6 0.5 0.6
Um solo com bom potencial de atenuação** de
contaminantes de pelo menos 300 mm profundidade 0.4 0.3 0.3
Trincheira de infiltração* a cobrir solo com bom potencial de atenuação** de contaminantes de pelo menos 300 mm profundidade
0.4 0.4 0.4
Pavimento permeável* a cobrir solo com bom potencial de atenuação** de contaminantes de pelo menos 300 mm profundidade
0.7 0.6 0.7
Bioretenção a cobrir solo com bom potencial de atenuação** de contaminantes de pelo menos 300 mm profundidade
0.8 0.8 0.8
Sistemas de tratamento especiais Devem demonstrar que tratam os contaminantes previstos para a área de drenagem para níveis aceitáveis
* Todos os designs necessitam de 1m de solo não saturado entre a superfície de infiltração e o nível máximo do aquífero previsto. ** Por exemplo o recomendado em Sniffer (2008a) e (2008b), Scott Wilson (2010), citados em Woods Ballard et al (2015) ou outro guia apropriado.
Deve ser implementado um componente adicional em série em casos de descarga em águas protegidas/mais sensíveis, para prevenir de situações de poluição inesperada ou desempenho insatisfatório.
Quadro 2.10 - Adaptabilidade dos SuDS em sistemas em série (adaptado de Woods Ballard et al, 2015).
Componente Interceção Tratamento primário/na origem Tratamento secundário Tratamento terciário
Captação de águas pluviais √
Tapete ripário √ √
Vala com cobertura vegetal √ √ √
Drenos filtrantes √ √
Pavimentos permeáveis √ √
Sistemas de bioretenção √ √ √
Telhados verdes √ √
Bacias de retenção √ √
Bacias de retenção de água permanente (2) √(1) √ √
Zonas húmidas construídas (2) √(1) √ √
Sistemas de infiltração √ √ √ √
Sistemas de tratamento patenteados √(3) √(3) √(3)
(1) Apenas para escoamento proveniente de telhados;
(2) Pode ser possível, mas requere uma justificação detalhada;
(3) Performance tem de ser demonstrada.
Existe a necessidade de um passo adicional de verificação caso as descargas sejam efetuadas para águas subterrâneas e sejam provenientes de zonas de com algum risco de poluição, sendo, nesse caso, necessário proceder a uma análise de risco.
2.2.4.2 Análise de Risco para aquíferos
A análise de risco deve ser efetuada para descargas com nível médio de risco de poluição e superior em aquíferos. É baseado no trabalho de HA (2009b) e Scott Wilson (2010) citados em Woods Ballard
et al (2015) e apresentado no Quadro 2.11, contendo fatores de risco (RS) e o seu peso (WF) no
resultado de cada elemento de risco (RE). O resultado será comparado com os valores apresentados no Quadro 2.12.
𝑅𝑖𝑠𝑐𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑅𝑆 × 𝑊𝐹
8
𝑅𝐸=1
